[實用新型]一種六維力傳感器

有效

• 申請號: 201720077389.9
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN206488878U
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 王勇;王淮陽;胡珊珊;陳恩偉;劉正士
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01L5/16
• 分類號: G01L5/16
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本實用新型屬于傳感器技術領域，更具體地說是可用于測量空間六維力的傳感器。

背景技術

多維力傳感器是機器人獲得與環境之間作用力的重要信息來源。目前已有多方面的多維力傳感器的研究，如美國DraPer研究所研制的Waston多維力傳感器，中科院合肥智能所和東南大學聯合研制的SAFMS型多維力傳感器，基于Stewart平臺的多維力傳感器，黃心漢教授研究的HUST FS6型多維力傳感器，德國的Dr.R.Seitner公司設計的二級并聯結構型六維力傳感器等等。國內外對多維力傳感器做了大量的研究，所設計的多維力傳感器多種多樣，各有不同的優缺點及應用場合，但多維力傳感器的解耦、剛度與靈敏度的矛盾等問題還需得到進一步的研究。

實用新型內容

本實用新型是為避免上述現有技術所存在的不足，提供一種具有新的結構形式的六維力傳感器，用于實現六維力傳感器在結構上解耦，且在提高傳感器靈敏度的同時保證傳感器的剛度。

本實用新型為解決技術問題采用如下技術方案：

本實用新型六維力傳感器的結構特點是：具有周向支撐、中心臺和徑向梁；所述徑向梁均勻分布在中心臺的周邊，徑向梁的一端與中心臺的外側壁呈“T”形連接，徑向梁的另一端與周向支撐的內側壁呈“T”型連接，在所述徑向梁上設有梁通孔，以使應力集中于梁通孔的兩側。

本實用新型六維力傳感器的結構特點也在于：所述徑向梁共有四只，四只徑向梁以中心臺的中心為中心，呈“十”字分布。

本實用新型六維力傳感器的結構特點也在于：所述中心臺和各徑向梁均呈水平狀態；以中心臺的中心點為坐標原點建立三維坐標系，在所述三維坐標系中，四根徑向梁中第一梁處在X軸正向上，第二梁處在Y軸正向上，第三梁處在X軸負向上，第四梁處在Y軸負向上；Z軸向為豎向。

本實用新型六維力傳感器的結構特點也在于：所述徑向梁上有一個豎向通孔和兩個水平通孔，布置方式有兩種；

方式一：在各徑向梁上，處在遠離坐標原點的一端設置有豎向徑向梁單通孔；處在靠近坐標原點的一端設置有第一水平徑向梁通孔，處在第一水平徑向梁通孔遠離坐標原點的一側并列有第二水平徑向梁通孔，所述第一水平徑向梁通孔與第二水平徑向梁通孔相互連通形成為水平雙通孔；

方式二：在各徑向梁上，處在徑向梁中間位置上設置有豎向徑向梁單通孔；處在靠近坐標原點的一端設置有第一水平徑向梁通孔，處在遠離坐標原點的一端設置有第二水平徑向梁通孔；

所述四只徑向梁上第一水平徑向梁通孔處在“十”字對稱的位置上，四只徑向梁上第二水平徑向通孔亦處在“十”字對稱的位置上；四只徑向梁上豎向徑向梁單通孔亦處在“十”字對稱位置上。

本實用新型六維力傳感器的結構特點也在于：在所述徑向梁的表面按如下形式分布應變片：

方式一：

應變片R11、R12、R13和R14構成第一惠斯通全橋電路，所述應變片R11、R12、R13和R14用于檢測X軸方向上的應變，并以此獲得Z軸方向力F_z；其中，應變片R11和R12上下對稱地位于第三梁中對應于第二水平徑向梁通孔所在位置上的上表面和下表面；應變片R13和R14上下對稱地位于第一梁中對應于第二水平徑向梁通孔所在位置上的上表面和下表面；

應變片R21、R22、R23和R24構成第二惠斯通全橋電路，所述應變片R21、R22、R23和R24用于檢測X軸方向上的應變，并以此獲得Y軸方向力矩M_y；其中，應變片R21和R22上下對稱地位于第三梁中對應于第一水平徑向梁通孔所在位置上的上表面和下表面；應變片R23和R24上下對稱地位于第一梁中對應于第一水平徑向梁通孔所在位置上的上表面和下表面；

應變片R31、R32、R33和R34構成第三惠斯通全橋電路，所述應變片R31、R32、R33和R34用于檢測Y軸方向上的應變，并以此獲得X軸方向力矩M_x；其中，應變片R31和R32上下對稱地位于第二梁中對應于第一水平徑向梁通孔所在位置上的上表面和下表面；應變片R33和R34上下對稱地位于第四梁中對應于第一水平徑向梁通孔所在位置上的上表面和下表面；

方式二：